无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯合成中的关键控制
资讯类型:行业资讯    加入时间:2017年6月28日16:27
 
                       无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯合成中的关键控制
                                         闫建明
                      石家庄白龙化工股份有限公司 河北 石家庄 050031
    【摘要】使用氨基磺酸方法合成乙酰柠檬酸三丁酯,其条件标准主要包括:酸醇物质按照1.0∶4.0的比例进行化合反应,使用3%左右的催化剂NaHSO4进行4小时左右的催化反应。优化工艺后,不仅能够让催化剂反复使用,还能够改善无毒增塑剂的色泽情况,保证产品符合质量标准。
    【关键词】乙酰柠檬酸三丁酯 无毒增塑剂 合成 控制
     柠檬酸三丁酯是一种新型的无毒绿色环保塑料增塑剂。经过相关研究发现,柠檬酸三丁酯能够有效代替邻苯二甲酸酯类增塑剂投入使用,并能够避免传统增塑剂致癌、贫血、肝病、白细胞降低等情况,因此受到了新的关注[1]。在欧美等国家,已经对柠檬酸三丁酯进行质量研究,并批准使用到食物包装、儿童玩具、日常卫生用品等方面去。由于我国是塑料建造和输出大国,因此具备好的生产工艺非常重要。目前我国也加大力度对柠檬酸三丁酯进行研究,并取得了初步的成果。下文主要通过对催化剂进行选择,从而降低成本,并解决工艺上脱色困难的问题。
    1· 实验材料准备
    1.1 基本实验材料准备
    本次合成实验中准备的材料包括:柠檬酸、正丁醇、乙酸酐、固体酸催化剂等。所有的化学材料均为市场销售的纯试剂或工业品,且均为纯品,未作任何加工处理。此外,实验的合成仪器主要是利用实验室中常规的玻璃仪器。
    1.2 催化剂准备
    工作人员将2-3g左右的磷钨酸放置在容量为100m l的烧杯中,并加入蒸馏水,利用玻璃棒进行搅拌,然后得到透明无色的溶液,并加入正硅酸乙酯以及乙醇,进行搅拌之后溶解。溶解后,工作人员要在烧杯中加入盐酸进行搅拌,盐酸量为1mol/L左右,搅拌3-4分钟左右进行静置,约15-20分钟后,观察烧杯内是否出现透明溶胶,若出现则将烧杯放入烘箱中进行加热,并得出黄色固体;取出,并将黄色固体研磨成粉末,保管待用。
    1.3 柠檬酸三丁酯的制备步骤
    本次研究主要将柠檬酸、正丁醇以及上文得到的催化剂放入具有搅拌、冷凝、分水、温度计等功能的三口烧瓶之内,对其进行搅拌,并在120℃左右的状态下进行反应。经过反应后,工作人员要将烧瓶中的水进行分离,并对蒸馏得出未反应的正丁醇。然后使用碳酸钠溶液进行清晰,对少量的柠檬酸进行清除,再使用水进行洗涤,最后得出柠檬酸三丁酯,并对其产率进行计算。
    1.4 乙酰柠檬酸三丁酯的制备
    在得出柠檬酸三丁酯后,要进一步进行乙酰柠檬酸三丁酯的反应制备,工作人员要注意以下步骤:在三口烧瓶中加入柠檬酸三丁酯、催化剂、乙酸酐,并加热搅拌,温度控制在7 0 - 7 5℃左右,搅拌后初步得出乙酰柠檬酸三丁酯粗品。利用滤纸将粗品进行过滤,回收催化剂。工作人员将滤液进行蒸馏,然后得到未发生反应的乙酰柠檬酸三丁酯(未反应的乙酸酐和乙酸),然后使用碳酸钠水进行洗涤,转换成中性。最后将其进行干燥,得出乙酰柠檬酸三丁酯精品,并对质量进行测量,计算出产率。
     1.5 成品检测
    在进行化学合成之后,工作人员要对产品进行检测。检测的方法主要是使用红外光谱液膜法进行测定,并使用气相色谱仪对乙酰柠檬酸三丁酯的纯度进行检测分析。
    2· 讨论
    2.1 酯化反应的注意事项
    关于酯化反应的注意事项,主要包括以下几点。
    2.1.1 催化剂的选择
    酯化反应主要是指醇跟羧酸所发生的反应, 其反应是可逆的。在一般情况下,由于其反应速度较慢,因此一般要使用催化剂,若使用浓硫酸进行催化的话,其腐蚀性对环境和人体有较大的影响。因此国内外着力选用新型无害的催化剂进行反应,其中最主要的几种包括:磺酸催化剂,其主要特点是活性高、用量少等,最重要的是对环境的污染较少,是一种广泛使用的催化剂之一;固体超强酸,该类型的酸也具有较高的催化效率,并能够在高温下进行反复使用,对设备无腐蚀性,因此不会影响到人体和实验设备。本次研究主要选用的是固体酸催化剂,其主要特点是低温活性好、不需要进行中和、副作用较少等。
    此外,注意催化剂的使用量。根据本次研究显示,当使用的催化剂用量≥3%的时候,化合反应中酯化收率处于最平稳状态,其中原因包括:催化剂提供的活性已经完全满足化合反应的需求,加大催化剂的量对产出率没有明显的促进作用,反而会导致成本的增加。因此应该将催化剂控制在3%左右。
    2.1.2 合成原料的剂量选择
    为了能够简化反应体系,并减少副产物的出现,本次研究主要采用正丁醇作为溶液,它能够与水共同沸腾,并将水分带出。选择正丁醇进行反应,不仅可以保证反应安全,此外,由于正丁醇能够作为溶剂和水剂,因此可以对反应体系的温度进行有效的调节。在实验的过程中,若出现过量的正丁醇,工作人员可以利用减压蒸馏的方法进行回收,方便快捷,且不会造成资源浪费。在实际的试验中,正丁醇和酸的物质比例为1.0∶4.0左右,经过计量统计,该反应的产率为98.7%左右。
    2.2 注意控制好反应时间
    由于酸醇的比例为1 . 0∶4 . 0,再加入3%左右的催化剂进行反应,此时,工作人员必须要注意对时间进行控制。经过研究显示,当化合反应的时间有所延长时,其产率也就有所提高。反应时间在3小时左右,产率为85%;3.5小时为87%;4小时为90%,4.5小时为90.5%。由此可见,大约在4小时之后,其产率便逐步呈平稳趋势。因此,为了能更好地节省时间,化合物的反应时间应该控制在4小时左右。
    2.3 控制好反应温度
    反应温度也是化学合成的重要影响因素之一,在其反应的过程中会产生酸性,同时该反应为放热反应,因此必须要控制好物质反应温度[ 2 ]。根据本次实验显示,一开始温度的升高,产品收率上升(50℃为62.3%,75℃为98.7%),但到了80℃左右,收率范围为96.35%,显示有所下降。因此,工作人员必须要控制好反应温度,主要控制在75℃左右即可。
    3· 结束语
    以上便是对乙酰柠檬酸三丁酯合成所要注意的控制事项。通过本次的研究,可以得出,乙酰柠檬酸三丁酯合成控制的关键点主要包括:合理选择催化剂、合理控制反应时间、合理控制反应温度。通过对这几方面进行合理的控制,才能提高乙酰柠檬酸三丁酯的产率。
参考文献
[1] 夏军,史高峰,陈学福,白利民. 无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯的合成研究[J]. 塑料工业.2008.36(06):79-81
[2] 相海鹰,张亚琼,高 健. 无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯的合成工艺研究[J]. 化工时刊.2008.22(04):35-42
文章来自:中国燃料电池网
文章作者:佚名
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